CN201862594U - 清洁晶片装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体集成电路器件清洁工艺技术领域，特别涉及一种清洁晶片装置。该清洁装置包括压电晶体振子、用于安装压电晶体振子的腔室，以及与压电晶体振子固定连接的换能器，换能器表面具有若干个凸起的柱体，柱体间具有若干个微孔，微孔贯通至换能器的底部。通过本实用新型提供的具有贯通微孔的换能器，利用兆声波物理传输原理产生与晶片特征尺寸侧壁平行的作用力，对特征尺寸不会产生弯矩的效应，最大程度的减小和消除对晶片特征尺寸结构的破坏，从而提高了对残留物的化学清除效率。

Description

清洁晶片装置

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电路器件清洁工艺技术领域，特别涉及一种清洁晶片装置。 

背景技术

随着集成电路特征尺寸进入到深亚微米阶段，集成电路晶片制造工艺中的清洗工艺的要求也越来越高。近年来，引入了采用兆声能量的高频声能量的清洁晶片方法，虽然通过兆声能量清洁半导体晶片的装置可以有效地从晶片表面除去污染物质，但是在清洁的过程中，由于兆声波振子在晶片表面产生的兆声波机械振动能量无序，从而在器件特征尺寸的侧壁产生了弯矩，造成了线条的倒塌，使得晶片表面的特征尺寸结构会遭到严重的破坏，影响了晶片清洗的良品率。研究中发现，作用在特征尺寸侧壁上的垂直力形成的弯矩，是造成特征尺寸破坏的主要问题，因此，如何最大程度地形成沿特征尺寸侧壁相平行的声波能量作用力是解决选择性腐蚀残留物同时又不破坏特征尺寸结构的技术关键。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明要解决的技术问题是在制作半导体集成电路器件过程中，如何达到清洗晶片的要求，并且最大程度的减小和消除对晶片特征尺寸结构的破坏。 

(二)技术方案 

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种清洁晶片装置，包括压电晶体振子1、用于安装压电晶体振子1的腔室2，以及与压电晶体振子1固定连接的换能器5； 

换能器5表面具有若干个凸起的柱体51，柱体51间具有若干个微孔52，所述微孔52贯通至换能器5的底部。 

进一步地，位于腔室2上部两侧的气冷流体入口3和气冷流体出口4。 

进一步地，换能器5与待清洁的半导体之间留有间隙。 

进一步地，压电晶体振子1产生频率为700K-2MHZ的兆声波。 

进一步地，微孔52为圆形、椭圆形、方形或菱形中任意一种形状。 

进一步地，微孔52的直径为毫米级，微孔52的长度是微孔52直径5-10倍。 

进一步地，若干个微孔间的间距是微孔直径的1-2倍。 

进一步地，换能器5的侧面上具有导入清洁介质的侧口53。 

进一步地，换能器5为石英、红宝石或具有抗酸碱腐蚀的高分子材料。 

进一步地，清洁晶片装置还包括放置半导体晶片的可旋转的支撑单元6。 

(三)有益效果 

本实用新型的优点和有益效果在于：本实用新型清洁晶片装置采用具有贯通微孔的换能器，利用兆声波物理传输原理产生与晶片特征尺寸侧壁平行的声波能量作用力，对特征尺寸不会产生弯矩的效应，最大程度的减小和消除对晶片特征尺寸结构的破坏，提高了对残留物的化学清除效率。 

附图说明

图1是本实用新型实施例清洁晶片装置的剖面结构图； 

图2是本实用新型实施例清洁晶片装置的组装结构图； 

图3是本实用新型实施例清洁晶片装置的换能器结构示意图； 

图4是本实用新型实施例清洁晶片装置的应用状态结构示意图。 

图中：1、压电晶体振子；2、腔室；3、气冷流体入口；4、气冷流体出口；5、换能器；51、柱体；52、微孔；53、侧口；6、支撑单元；7、法兰。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。 

参考图1-4，该清洁晶片装置包括：压电晶体振子1、用于安装压电晶体振子1的腔室2以及与压电晶体振子1固定连接的换能器5，换能器5表面上具有若干个凸起柱体51，柱体51间具有若干个微孔52，微孔52贯通至换能器5的底部。压电晶体振子1，选用的材料为经过极化处理后的锆钛酸铝。当为压电晶体振子1施加一个频率在700K-2MHZ范围的交电电压时，压电晶体振子1在交变电压作用下产生机械振动，当交变电压的振荡频率等于压电晶体振子1本身的固有振荡频率时，该压电晶体振子1的机械振动幅度最大，在本实用新型实施例中，压电晶体振子1在交电电压的作用后，产生频率为700K-2MHZ范围内的兆声波；压电晶体振子1固定安装在腔室2中。 

换能器5，由石英、红宝石晶体或者其他具有抗酸碱腐蚀的高分子材料制成。换能器5表面具有若干个交错分布的凸起的柱体51，柱体51间具有若干个交错分布的微孔52。该微孔52采用激光溶爆钻孔的方法形成，每个微孔52都经过退火处理消除内部应力。微孔52可以为圆形、椭圆形、方形、菱形或者其他几何形状。微孔52贯通至换能器5的底部，具有导入介质的入口和导出介质的出口。微孔52的直径为毫米级，若干个微孔52间的间距是微孔52直径的1-2倍，微孔52的长度是其直径的5-10倍，上述微孔52的尺寸设计，保证了从微孔52出口流出的介质流体处于兆声波的远声场中。由于远声场的物理特征，微孔52的出口下形成沿特征尺寸的侧壁方向的平面波，平面波的声强在 远声场下，声干涉效果减小，有效地减少了兆声波干涉所造成的能量热点，进而有效地增加了兆声波能量分布的均匀性。 

该换能器5通过法兰7固定在压电晶体振子1上。换能器5侧面具有一侧口53，用于将清洁介质导入换能器5中。换能器5与待清洁的半导体晶片以一定高度的距离放置，与半导体晶片存在几毫米的空隙。 

该清洁晶片装置还包括耦合介质和清洁介质，其中，耦合介质采用兆声波耦合材料，例如：可以为熔点较低的胶水，该介质可以为多层。耦合介质可作为声波滤波器，将压电晶体振子1产生的兆声波经耦合介质进行过滤，使其产生符合清洁要求的兆声波频率的声波。清洁介质为用于腐蚀清洗半导体晶片的液体，一般为化学药液或超纯水。清洁介质从换能器5侧面的侧口53流入，进而填充满换能器5的上部空间，进而充满微孔52中。压电晶体振子1产生的兆声波通过清洁介质传递到换能器5上。 

该清洁晶片装置还包括气冷流体入口3，用于引入气冷流体；气冷流体出口4，用于引出气冷流体。气冷流体入口3和气冷流体出口4位于腔体2上部的相对的两侧，通过气冷流体入口3和气冷流体出口4可以将压电晶体振子1在高频振动作用下产生的热量散发出去。 

该清洁晶片装置还包括支撑单元6，用于放置半导体晶片，在晶片清洁工艺中，支撑单元6可以带动放置其上面的半导体晶片作水平旋转。其中，换能器5位于支撑单元6之上，并且与支撑单元6存在一定的空隙位置。 

本实用新型实施例中所指的晶片包括但不限于为集成电路晶片、光盘、硬盘、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)显示屏、TFTLCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示器)或其他半导体领域晶片。 

下面具体说明清洁晶片装置的使用方法。 

首先，将半导体晶片放置在支撑单元6上，换能器5与待清洁的半 导体晶片以一定高度的距离放置，与半导体晶片存在几毫米的空隙。 

其次，将清洁介质通过换能器5的侧口53引入到换能器5上部空间中，进而清洁介质填充满换能器5整个上部空间，清洁介质通过微孔52的出口流入空隙中。由于液体流体的表面存在张力，因此，在腐蚀、清洗处理工艺中，该空隙空间会被清洁介质充满。 

最后，旋转支撑单元6，在腐蚀、清洗处理工艺中，半导体晶片随着支撑单元6一直做水平旋转。清洁介质通过离心力作用，随着支撑单元6不断地旋转，会慢慢布满支撑单元6的平面，从支撑单元6的边缘溢出。 

给压电晶体振子1施加一个频率在700K-2MHZ的交变电压后，产生机械振动，发出频率为700K-2MHZ的兆声波，该兆声波通过微孔52时，会产生大量的与微孔52轴线相平行和不平行的声波能量。与微孔52轴线相平行的声波能量垂直穿过微孔52，直接作用在特征尺寸侧壁上，该声波能量对特征尺寸结构具有压应力，不会发生弯矩效应，因此可以高效的清洁晶片。与微孔52轴线不平行的声波能量在柱体51(固态介质)和清洁介质(液态介质)相交组成的介质面上会发生多次的反射、折射和透射。兆声波经过多次的反射、透射和折射后，产生的与微孔52轴线不平行的声波能量得到了极大地衰减，相反，与微孔52轴线相平行的声波能量比重比例大大提高。与微孔52轴线不平行的声波能量作用在特征尺寸上可以分解为与特征尺寸侧壁垂直的力和沿特征尺寸侧壁平行的力，与特征尺寸侧壁垂直的力产生的振动表现为振动弯矩，对特征尺寸结构造成强烈的机械破坏作用。而与特征尺寸侧壁平行的力仅对特征尺寸结构具有压应力，而不会发生弯矩效应，进而对特征尺寸结构本身不会造成破坏。本实用新型实施例中，兆声波在由柱体51和清洁介质组成的介质面上发生的多次反射、透射和折射后，极大程度上削减了与微孔52轴线不平行的声波能量，从而降低了对特征尺寸结构的弯矩效应，极大的降低了对特征尺寸结构的 破坏。相反，产生大量的与特征尺寸侧壁平行的力仅对特征尺寸结构具有压应力，而不会发生弯矩效应，进而对特征尺寸结构本身不会造成破坏；并且对实际等离子刻蚀所遗留的残留物具有物理的剪切作用，从而提高了对残留物的清除效果。 

本实用新型清洁晶片装置采用具有贯通微孔的换能器，利用兆声波物理传输原理产生与晶片特征尺寸侧壁平行的力，对特征尺寸结构不会产生弯矩的效应，最大程度的减小和消除对晶片特征尺寸结构的破坏，从而提高了对残留物的化学清除效率。 

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。 

Claims (10)

1.一种清洁晶片装置，其特征在于，包括：压电晶体振子(1)、用于安装所述压电晶体振子(1)的腔室(2)以及与所述压电晶体振子(1)固定连接的换能器(5)，

所述换能器(5)表面具有若干个凸起的柱体(51)，所述柱体(51)间具有若干个微孔(52)，所述微孔(52)贯通至换能器(5)的底部。

2.如权利要求1所述的清洁晶片装置，其特征在于，还包括位于腔室(2)上部两侧的气冷流体入口(3)和气冷流体出口(4)。

3.如权利要求1所述的清洁晶片装置，其特征在于，所述换能器(5)与待清洁的半导体晶片之间留有间隙。

4.如权利要求1所述的清洁晶片装置，其特征在于，所述压电晶体振子(1)产生频率为700K-2MHZ的兆声波。

5.如权利要求1所述的清洁晶片装置，其特征在于，所述微孔(52)为圆形、椭圆形、方形或菱形中任意一种形状。

6.如权利要求1所述的清洁晶片装置，其特征在于，所述微孔(52)的直径为毫米级，所述微孔(52)的长度是其直径的5-10倍。

7.如权利要求6所述的清洁晶片装置，其特征在于，若干个所述微孔(52)间的间距是其直径的1-2倍。

8.如权利要求1所述的清洁晶片装置，其特征在于，所述换能器(5)的侧面上具有导入清洁介质的侧口(53)。

9.如权利要求1或8所述的清洁晶片装置，其特征在于，所述换能器(5)为石英、红宝石或具有抗酸碱腐蚀的高分子材料制作。

10.如权利要求1所述的清洁晶片装置，其特征在于，还包括放置半导体晶片的可旋转的支撑单元(6)。 

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